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液晶顯示技術(shù) 一． 什么是液晶 1． 物質(zhì)的第四態(tài)——液晶 普通物質(zhì)有三態(tài)：固態(tài)、液態(tài)和氣態(tài) 有些有機(jī)物質(zhì)在固態(tài)與液態(tài)之間存在第四態(tài)——液晶態(tài) 液晶這種中間態(tài)的物質(zhì)外觀(guān)是流動(dòng)性的混濁液體，同時(shí)又有光學(xué)各向異性晶體所有的雙折射特性。 液晶態(tài)物質(zhì)既具有液體的流動(dòng)性和連續(xù)性，又保留了晶體的有序排列性， 物理上呈現(xiàn)各向異性。 2． 液晶分類(lèi) 從成分和出現(xiàn)液晶相的物理?xiàng)l件來(lái)看，液晶可以分為熱致液晶和溶致液晶兩大類(lèi)。把某些有機(jī)物加熱溶解，由于加熱破壞結(jié)晶晶格而形成的液晶稱(chēng)為熱致液晶，就是如前面所說(shuō)由于溫度變化而出現(xiàn)的液晶相。把某些有機(jī)物放在一定的溶劑中，由于溶劑破壞結(jié)晶晶格而形成的液晶稱(chēng)為溶致液晶，它是由于溶液濃度發(fā)生變化而出現(xiàn)的液晶相，最常見(jiàn)的有肥皂水等。目前用于顯示的液晶材料基本上都是熱致液晶，而在生物系統(tǒng)中則存在大量溶致液晶。目前發(fā)現(xiàn)的液晶物質(zhì)已有近萬(wàn)種。構(gòu)成液晶物質(zhì)的分子，大體上呈細(xì)長(zhǎng)棒狀或扁平狀，并且在每種液晶相中形成特殊排列。 熱致液晶是當(dāng)液晶物質(zhì)加熱時(shí)，在某一溫度范圍內(nèi)呈現(xiàn)出各向異性的液體。用于顯示的都是可工作在室溫上下的熱致液晶。大多數(shù)液晶分子長(zhǎng)度為幾十埃、寬度為幾埃。 液晶分子都是有序排列的，根據(jù)排列的不同，熱致液晶分為向列相、近晶相和膽甾相三種液晶相。 1）近晶相液晶（Smectic liquid crystals--S型） Smectic由希臘語(yǔ)而來(lái),是肥皂狀之意,因?yàn)檫@種類(lèi)型的液晶在濃肥皂水溶液中,都顯示特有的偏光顯微鏡像,因而命名為皂相。分子分層排列,有同一方向,比較接近晶體,故譯成近晶相。近晶相液晶由棒狀或條狀分子組成，分子排列成層狀，層內(nèi)分子長(zhǎng)軸互相平行，其方向垂直于層面，或與層面傾斜排列。因分子排列整齊，其規(guī)整性接近晶體，具有二維有序性。分子質(zhì)心位置在層內(nèi)無(wú)序，可以自由平移，從而有流動(dòng)性，但層內(nèi)分子之間作用力大（粘滯系數(shù)很大），層間分子作用力小，不能在上下層之間移動(dòng)，每層厚度約2～3Å。因?yàn)樗母叨扔行蛐?，近晶相?jīng)常出現(xiàn)在較低溫的范例內(nèi)。近晶液晶粘度大，分子不易轉(zhuǎn)動(dòng)，即響應(yīng)速度慢，一般不宜作顯示器件。 2）向列相液晶（Nematic liquid crystals--N型） Nematic也是由希臘語(yǔ)而來(lái),液晶的薄層在偏光顯微鏡下觀(guān)察時(shí),呈現(xiàn)絲狀型結(jié)構(gòu),故稱(chēng)之為絲相。他子位置雜亂,但方向大致一致,故譯向列相。向列相液晶由長(zhǎng)、徑比很大的棒狀分子組成，分子質(zhì)心沒(méi)有長(zhǎng)程有序性，具有類(lèi)似于普通液體的流動(dòng)性，分子不能排列成層，能上下、左右、前后滑動(dòng)，只在分子長(zhǎng)軸方向上保持相互平行或近似平行。 從宏觀(guān)上看，向列液晶由于其液晶分子重心混亂無(wú)序，并可在三維范圍內(nèi)移動(dòng)，可以象液體一樣流動(dòng)，所有分子的長(zhǎng)軸大體指向一個(gè)方向，使向列液晶具有單軸晶體的光學(xué)特性(折射系數(shù)與介電常數(shù),沿著及垂直于這個(gè)有序排列的方向而不同)，而在電學(xué)上又具有明顯的介電各向異性，這樣，可以利用外加電場(chǎng)對(duì)具有各向異性的向列相液晶分子進(jìn)行控制，改變?cè)蟹肿拥挠行驙顟B(tài)，從而改變液晶的光學(xué)性能，實(shí)現(xiàn)液晶對(duì)外界光的調(diào)制，達(dá)到顯示的目的。向列相液晶已成為現(xiàn)代顯示器件中應(yīng)用最為廣泛的一種液晶材料。 此外,與近晶相液晶相比,向列相液晶的粘度小,富于流動(dòng)性.產(chǎn)生這種流動(dòng)性的原因,主要是由于向列相液晶各個(gè)分子容易順著長(zhǎng)軸方向自由移動(dòng).事實(shí)上不上向列相液晶的粘滯系數(shù)只是水的粘滯系數(shù)的數(shù)倍.向列相液晶分子的排列和運(yùn)動(dòng)比較自由,對(duì)外界作用相當(dāng)敏感,因而應(yīng)用廣泛. 3）膽甾相液晶（CH） 由于這種液晶最早是從膽甾醇類(lèi)物質(zhì)中發(fā)現(xiàn)的,是膽甾醇在經(jīng)過(guò)脂化或鹵素取代后,呈現(xiàn)液晶相,故稱(chēng)之為膽甾相。這是一種分子成扁平狀,排列成層狀的液晶材料，層內(nèi)分子互相平行，分子長(zhǎng)軸平行于層平面，不同層的分子長(zhǎng)軸方向稍有變化，沿層的法線(xiàn)方向排列成螺旋狀結(jié)構(gòu)。當(dāng)不同的分子和軸排列沿螺方向經(jīng)歷360°的變化后,又回到了初始取向,這個(gè)周期性的層間距離稱(chēng)為膽甾相液晶的螺矩(p)。 向列相液晶與膽甾相液晶可以互相轉(zhuǎn)換，在向列相液晶中加入旋光材料，會(huì)形成膽甾相，在膽甾相液晶中加入消旋光向列相材料，能將膽甾相轉(zhuǎn)變成向列相。 膽甾相液晶在顯示技術(shù)中很有用，TN、STN、相變(Pc)顯示都是在向列相液晶中加入不同比例的膽甾相液晶而獲得的。 3． 溶致液晶 溶致液晶是將一種溶質(zhì)溶于一種溶劑而形成的液晶態(tài)物質(zhì)。溶質(zhì)液晶廣泛 存在于自然界、生物體中，與生命息息相關(guān)，但在顯示中尚無(wú)應(yīng)用。 二． 液晶的物理特性 1． 有序參數(shù) 向列液晶是圓柱對(duì)稱(chēng)的，體系中存在一根軸線(xiàn)，通常稱(chēng)這根軸線(xiàn)為主軸，向列相液晶分子的軸線(xiàn)擇優(yōu)傾向于平行于主軸，但并非完全平行主軸，衡量其平行程度用有序參數(shù)S表示。 S＝(3cos2θ-1)/2 ( 2-1) 有序參數(shù)與液晶材料、溫度有關(guān)。溫度上升，序參數(shù)下降， S＝K(Tc-T)/Tc (2-2) Tc： 向列液晶清亮點(diǎn)（℃） T ： 向列液晶的溫度（℃） K ： 比例常數(shù) 液晶的S=0.3~0.8 2． 液晶的各向異性 1）介電各向異性△ε ε∥＝C∥/C0 ；ε┴＝C┴/C0 ； △ε＝ε∥－ε┴＝(C∥－C┴)/C0 (2-3) C∥： 外加電場(chǎng)與外加磁場(chǎng)平行時(shí)測(cè)得的液晶電容 C┴ ： 外加電場(chǎng)與外加磁場(chǎng)垂直時(shí)測(cè)得的液晶電容 C0 ： 無(wú)液晶時(shí)測(cè)得的極板間電容 2）電阻率ρ 液晶的電阻率表示了液晶的純度，越大越好，一般為108～1012 3）光學(xué)折射率各向異性△n △n=n∥- n┴ (2-4) n∥: 平行于分子長(zhǎng)軸的折射率 n┴ ： 垂直于分子長(zhǎng)軸的折射率 △n一般在0.1～0.3左右 4）彈性常數(shù) K 一般 K＝10－11～10－12N K分為K11、K22、K33 K33 >K11 > K22、 5）粘滯系數(shù)η η一般為10－2～10－3Pa.s 三． 液晶的光學(xué)特性 1． 液晶的雙折射和光學(xué)性質(zhì) 液晶的主要特征之一是呈現(xiàn)光學(xué)單軸晶體性能。在給定一個(gè)波法線(xiàn)方向后，可以有兩種折射率不同、振動(dòng)方向互相垂直的光波，即o光和e 光，他們都是線(xiàn)偏振光。 在向列相液晶及近晶相液晶中 n0= n┴ ne= n∥ △ n = ne -n0= n∥- n┴ >0 (3-1) 在膽甾相液晶中 n0=( (n∥2＋n┴2)/2)1/2 ne= n┴ 現(xiàn)在仍有n∥> n┴ ne2 -n02=( n┴2-n∥2)/2)<0 △ n = ne -n0<0 (3-2) 由于液晶呈單軸光學(xué)各向異性，具有如下特別有用的光學(xué)特性： 1） 能使入射光的前進(jìn)方向向液晶長(zhǎng)軸方向偏轉(zhuǎn)； 2） 能改變?nèi)肷涔獾钠駹顟B(tài)（線(xiàn)、圓、橢圓）或偏振方向； 3） 能使入射偏振光相應(yīng)于左旋或右旋光進(jìn)行反射或透射。 各種液晶顯示器基本上是根據(jù)上述三大光學(xué)特性而設(shè)計(jì)制造的。 四． 液晶顯示器件 1． 液晶顯示器件基本結(jié)構(gòu) 2． 液晶分子的沿面排列 無(wú)論何種液晶顯示器件都是以下述原理為基礎(chǔ)的： 在電場(chǎng)、熱場(chǎng)等外力的作用下，液晶分子從特定的初始排列狀態(tài)轉(zhuǎn)變?yōu)槠渌肿优帕袪顟B(tài)，隨著分子排列的變化，液晶器件的光學(xué)特性發(fā)生變化，從而變換為視覺(jué)變化。所以，均勻、穩(wěn)定的液晶分子排列是液晶顯示器件的工作基礎(chǔ)。 1） 分子排列的種類(lèi) 2） 液晶分子的排列方法 （1） 斜蒸氧化硅法 （2） 垂直取向法 采用卵磷脂、硬脂酸涂復(fù)在基板表面，加熱干燥 （3） 平取處向法 采用PI涂復(fù)在基板上，加熱干燥，摩擦成溝槽，液晶分子沿溝槽排列。目前大部分LCD均采用平行取向法。 3． 液晶顯示器的主要性能參數(shù) 1） 電光特性 液晶在電場(chǎng)作用下透光強(qiáng)度將發(fā)生變化，透光強(qiáng)度與外加電壓的關(guān)系曲線(xiàn)稱(chēng)為電光曲線(xiàn)，如圖所示 在TN液晶顯示器中，兩面偏振片振動(dòng)方向正交時(shí)，不加電壓時(shí)，透光強(qiáng)度最大，電壓小于一定數(shù)值時(shí)，透光強(qiáng)度不發(fā)生變化，加到某一電壓時(shí)，透光強(qiáng)度開(kāi)始變化，隨著電壓的增加，透光強(qiáng)度減弱，當(dāng)電壓升到一定值后透光強(qiáng)度不再隨外加電壓變化了（圖3－23b）。當(dāng)兩面偏振片振動(dòng)方向平行時(shí)，電光曲線(xiàn)正好相反（圖3－23a）。 （1）閾值電壓Vth ：透光強(qiáng)度變化10％時(shí)的電壓，TN的Vth一般為1～3V （2）飽和電壓VS ：透光強(qiáng)度變化90％時(shí)的電壓，飽和電壓越低，越易獲得好的顯示效果，功耗也可以降低 （3）對(duì)比度： 對(duì)比度定義為 Tmax/Tmin TN、STN對(duì)比度一般為5：1～20：1 TFT對(duì)比度可達(dá)到250：1～300：1 （4）陡度β和Δ β＝VS/VTH (4-1) Δ= VTH/ (VS-VTH)=1/(1-β) (4-2) VS越接近VTH，電光曲線(xiàn)越陡，β趨于1，掃描線(xiàn)數(shù)可以越多，一般TN＝1.4～1.6，只能實(shí)現(xiàn)8～16路驅(qū)動(dòng)，STN＝1.02～1.2，可以實(shí)現(xiàn)128～240路驅(qū)動(dòng)。 （5）電光響應(yīng)曲線(xiàn) 對(duì)TN等液晶器件： 下降時(shí)間 τr=ηid2(ε0ΔεV2-kiiπ2)-1 上升時(shí)間 τd=ηid/kiiπ2 對(duì)相變（PC）等液晶器件： τr=ηid2(ε0ΔεV2-kiiπ2/ P02)-1 τd=ηiP02/kiiπ2 （6）對(duì)比度與視角 如圖所示,液晶的對(duì)比度隨視角變化很厲害,當(dāng)Cr=2時(shí),圖象勉強(qiáng)可辨, Cr=5時(shí), 圖象就很清晰了。 2）溫度特性 液晶的閾值電壓Vth及響應(yīng)時(shí)間隨溫度而變化，溫度越高，Vth越低，響應(yīng)時(shí)間越快。 3）頻率特性 實(shí)用液晶顯示器件都是電場(chǎng)效應(yīng)器件，以TN為例，電阻率高達(dá) 1010Ω/cm2,而電容只有幾個(gè)pF/cm2，所以工作電流不到1µA/cm2,是典型的微功耗器件。TN器件基本上是容抗性的，因此，交流驅(qū)動(dòng)時(shí)，頻率對(duì)驅(qū)動(dòng)電流影響很大，如驅(qū)動(dòng)頻率由32Hz提高到200Hz時(shí)，驅(qū)動(dòng)電流會(huì)增加5～10倍，所以一般驅(qū)動(dòng)頻率都控制在不發(fā)生閃爍的最低臨界值上。 五． 常見(jiàn)的液晶顯示器件 1． 液晶顯示的三種方式 1） 反射式 2）透射式 3）投影式 2． 動(dòng)態(tài)散射型液晶顯示器（DS-LCD） 世界上第一個(gè)液晶顯示器就是動(dòng)態(tài)散射型的，它是將離子型有機(jī)導(dǎo)電材料摻入液晶材料中，并將液晶分子沿面排列，制成液晶盒。不通電時(shí)，液晶盒透明，通電電壓大于10V后液晶變成乳白色，不透光，由于其電流大，液晶易于分解，壽命短，顯示質(zhì)量差，很快就被淘汰了。 3． 扭曲向列型液晶顯示器(TN-LCD) 液晶分子沿面排列，分子長(zhǎng)軸在上下基板之間連續(xù)扭曲90º，夾入兩電極基板之間，制成液晶盒，自然光經(jīng)起偏器變成直線(xiàn)偏振光，入射到液晶盒內(nèi)，被扭曲90º，并通過(guò)下基板外的偏光軸與起偏器垂直的檢偏器，透光；當(dāng)兩電極之間加上一定的電壓時(shí)，液晶分子轉(zhuǎn)動(dòng)，最終成與基板成垂直排列，入射到液晶盒內(nèi)的偏振光，未被扭曲，不能通過(guò)檢偏器，不透光。 TN－LCD是目前最普通的一種液晶顯示器，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，工藝成熟，性能、壽命極其穩(wěn)定，價(jià)格非常便宜。但由于它的不陡的電光特性，在點(diǎn)陣顯示方式下交叉效應(yīng)嚴(yán)重，一般只實(shí)用于靜態(tài)或四路以下的動(dòng)態(tài)段式顯示中，目前最好的TN液晶器件也只能實(shí)現(xiàn)8～16路驅(qū)動(dòng)顯示。此外，響應(yīng)速度慢、視角窄也是它的主要缺點(diǎn)。 由于以上缺點(diǎn)，TN－LCD一般只能用于液晶手表、計(jì)算器、電子鐘、數(shù)字儀表等低檔電子產(chǎn)品中。 4． 電控雙折射液晶顯示器（ECB－LCD） 可利用電壓的變化來(lái)改變顯示顏色，人們?cè)Ｍ闷鋵?shí)現(xiàn)彩色顯示。 1） 垂直排列相畸變（DAP）方式 Nn(△ε<0)向列液晶，垂直排列，制成的液晶盒。 DAP－LCD的色調(diào)隨溫度及視角變化大，不宜用于單色及彩色顯示。 2） 沿面排列方式 Np(△ε>0)向列液晶，平行排列，制成液晶盒。此方式干涉色與垂直排列相反，閾值低（1～2V），色均勻性較好，但視角窄。 3） 混合排列（HAN）方式 工作原理于圖所示 采用Np向列液晶，一面垂直排列，一面平行排列。HAN－LCD的優(yōu)點(diǎn)是：彩色峰值分的較開(kāi)，透光較DAP好，工作電壓低，彩色較均勻，但無(wú)明顯的閾值，不能用無(wú)源驅(qū)動(dòng)。 5． 賓主效應(yīng)液晶顯示器件(GH－LCD) 在向列相液晶中加入二色性染料，做成的液晶顯示器件。染料分子隨液晶分子的轉(zhuǎn)動(dòng)而轉(zhuǎn)動(dòng)，其對(duì)偏振光的吸收隨其光軸與偏振光的夾角而變化，正性二色性染料分子軸與偏振光振動(dòng)方向一致時(shí)，吸收最大。 賓主液晶最主要的參數(shù)是有序參數(shù)S ，一般二色性染料的有序參數(shù)為0.7左右。 下圖為平面型賓主液晶顯示器件 平面型賓主液晶顯示器有電光特性差、對(duì)比度低、響應(yīng)速度慢、工作電壓高等缺點(diǎn)，將盒內(nèi)上下基板間分子排列成90º扭曲，將改善電光特性的陡度；雙盒結(jié)構(gòu)賓主液晶可以提高對(duì)比度…下圖是一種膽甾－向列相變GH－LCD。 6． 相變液晶顯示器件（PC－LCD） 膽甾相――向列相可以互相轉(zhuǎn)換。優(yōu)點(diǎn)是不用偏振片，顯示亮度高、視角寬。缺點(diǎn)是只有透過(guò)、白濁兩種狀態(tài)；無(wú)法實(shí)現(xiàn)灰度，對(duì)溫度敏感，驅(qū)動(dòng)麻煩。 7． 超扭曲向列液晶顯示器件（STN－LCD） 在向列相液晶中加入百分之幾的手性旋光材料，使液晶盒內(nèi)的液晶分子扭曲180º～270º就可以制成超扭曲液晶顯示器件。 超扭曲液晶顯示器件的電光特性非常陡峭，這大大提高了它的多路驅(qū)動(dòng)能力，當(dāng)扭曲角β＝270º時(shí)，曲線(xiàn)的陡度趨于無(wú)限大，理論上可以驅(qū)動(dòng)無(wú)數(shù)路，實(shí)際上工作于1/480占空比下沒(méi)有問(wèn)題。STN－LCD這種優(yōu)良的特性大大擴(kuò)展了液晶顯示器件的應(yīng)用領(lǐng)域，自1984年發(fā)明這種顯示器件以來(lái)，STN－LCD在初期的筆記本電腦、文字處理機(jī)、復(fù)印機(jī)、高檔儀表及其他需要漢字、圖形顯示的領(lǐng)域被廣泛的采用。目前應(yīng)用領(lǐng)域最大的是手機(jī)和PDA等通信產(chǎn)品，大部分手機(jī)都采用了單色或彩色STN－LCD。 STN－LCD工作原理見(jiàn)下圖 STN與TN工作原理不同： 1）TN盒液晶分子扭曲90º，STN扭曲180º～270º； 2）TN盒中，起偏器的偏光軸與上基板表面液晶分子長(zhǎng)軸平行，檢偏器的偏光軸與下基板表面液晶分子長(zhǎng)軸平行；STN盒中，上下偏光軸與上下基板液晶分子長(zhǎng)軸都不互相平行，而是成一個(gè)夾角，一般為30º； 3） TN盒是利用液晶分子的旋光性而工作的，STN盒是由于經(jīng)起偏器的入射線(xiàn)偏振光與液晶分子成角度，使入射光被分解成正常光和異常光，通過(guò)液晶盒，產(chǎn)生光程差，在通過(guò)檢偏器時(shí)發(fā)生干涉，所以STN盒是利用液晶的雙折射特性工作的； 4） TN盒工作于黑白模式，STN盒工作于0.8µm光程差（dΔn）下，干涉色為黃色，為消除這種干涉色，可以采用左右旋雙盒結(jié)構(gòu)或相位補(bǔ)償膜的方法，使其成為黑白模式。 STN盒厚要求非常嚴(yán)格，盒厚公差要小于0.05µm，由于電光曲線(xiàn)陡峭，灰度調(diào)制也很困難，另外，STN的響應(yīng)速度很慢，不易實(shí)現(xiàn)動(dòng)畫(huà)顯示。 8． 鐵電液晶顯示器件（FLCD） 鐵電液晶是近晶相液晶的一種，手性液晶分子構(gòu)成的近晶C相為鐵電液晶，如下圖所示 鐵電液晶的最大優(yōu)點(diǎn)是響應(yīng)速度快，可達(dá)微秒級(jí)，因此有許多人一直在研究如何用它實(shí)現(xiàn)動(dòng)畫(huà)顯示，最近，有人在研究將鐵電液晶用于LCOS投影顯示。 鐵電液晶最大的困難是如何實(shí)現(xiàn)穩(wěn)定的分子取向技術(shù)。最近，人們研究出了表面穩(wěn)定的雙穩(wěn)態(tài)鐵電、反鐵電液晶顯示器件，使取向技術(shù)得到了很好的改善。 9． 其他液晶顯示器件 1）弧線(xiàn)排列向列型（NCAP） 2) 聚合物分散型（PDLC） 3) 多穩(wěn)態(tài)液晶顯示（MLCD） 六． 液晶材料 七． 液晶驅(qū)動(dòng)技術(shù) 1． 靜態(tài)驅(qū)動(dòng) 七段式液晶驅(qū)動(dòng)器 2．動(dòng)態(tài)驅(qū)動(dòng) 無(wú)源矩陣顯示都需要采用時(shí)分割動(dòng)態(tài)驅(qū)動(dòng)法，驅(qū)動(dòng)波形如下圖所示 其選通點(diǎn)電壓 Von2=V02(b2+N-1)/Nb2 非選通點(diǎn)電壓 Voff2= V02（(b-2)2+N-1）/Nb2 最佳偏置比 b=N1/2+1 工作電壓范圍裕度 α＝αmax=（(N1/2+1)/ (N1/2-1)）1/2 八． 有源矩陣液晶顯示器（AM－LCD） 無(wú)源驅(qū)動(dòng)的致命缺點(diǎn)是： 1） α隨N的增加而迅速下降，如下圖所示 當(dāng)N＝400、500、600時(shí)，αmax＝1.053、1.046、1.042,即顯示與非顯示電壓之差只有4～6％，這在工藝、驅(qū)動(dòng)電源、液晶溫度特性上都是無(wú)法保證的，易于產(chǎn)生交叉效應(yīng)。 2）當(dāng)N上升時(shí)，占空比1/N也隨之下降，這一方面要提高驅(qū)動(dòng)電壓，同時(shí)要求更亮的背光源。 為克服這些問(wèn)題人們發(fā)明了有源驅(qū)動(dòng)液晶顯示器件。有源驅(qū)動(dòng)器件分為 二端式和三端式兩種，二端式主要有二極管式及MIM式，三端式主要有TFT及單晶硅（MOSFET）,下面重點(diǎn)介紹一下TFT技術(shù) TFT是準(zhǔn)靜態(tài)驅(qū)動(dòng)，無(wú)交叉效應(yīng)，響應(yīng)速度快，易實(shí)現(xiàn)灰度調(diào)制，可實(shí)現(xiàn)高質(zhì)量的動(dòng)態(tài)圖象顯示。 TFT陣列制造工藝 1） 先制作ITO電極 2） 蒸Cr并光刻出柵極G 3） 沉積絕緣層Si3N4 4） 沉積有源層a-Si:H，刻蝕出FET有源區(qū) 5） 沉積n+a-Si:H，刻蝕成源、漏極底層即 6） 在Si3N4刻出接觸窗口A，在下道工序使ITO與漏極相連 7） 蒸鍍鋁層，光刻出源、漏極 上述工藝需要6次光刻，現(xiàn)已減少到5次～3次 TFT最重要的工藝參數(shù)是開(kāi)關(guān)比一般需要達(dá)到105以上，即每一個(gè)液晶象素的開(kāi)關(guān)電阻之比： Roff/Ron=1010Ω/105Ω=105 九． 液晶顯示器件的主要材料 1． 玻璃基板 1）鈉鈣玻璃：用于TN、STN，要求盡可能含鈉少，表面平整（STN用要精密研磨）、無(wú)缺陷或小于10nm 2）硼硅玻璃：用于TFT基板，主要型號(hào)有7059、1733、1724等膨脹系數(shù)小、加工性能好等玻璃 2． 透明導(dǎo)電玻璃 TN、STN等采用價(jià)格低廉的鈉鈣玻璃，為阻止鈉離子向液晶盒內(nèi)擴(kuò)散，需在ITO與玻璃基板間涂復(fù)一層SiO2，對(duì)于某些高檔產(chǎn)品，還要在ITO表面再涂一層SiO2，以增加橫向絕緣性能。 用于液晶顯示器的導(dǎo)電玻璃必須符合一定要求，具體指標(biāo)如下： 1）透光率好，一般要求 >85％；另一方面要求光干涉顏色均勻，不均勻性 <10％； 2）方塊電阻小， R ＝ρ/d 方塊電阻與方塊大小無(wú)關(guān)，只決定于膜厚和膜的電阻率。目前ITO膜的電阻率 ρ＝5×10－4Ω˙cm ,最好可達(dá)5×10－5Ω˙cm TN型 ITO: R ＝100～300Ω/ 膜厚200～300Å STN型ITO：R <10Ω/ 膜厚1000～2000 Å 3）平整度好 TN型玻璃： 1.1mm厚度玻璃 平整度小于0.15µm/20mm 0.7mm厚度玻璃 平整度小于0.2µm/mm STN型玻璃：平整度小于0.075～0.05µm/mm，需要拋光 3．偏光片 偏光片的主要光學(xué)指標(biāo)有： 1） 顏色，一般為灰色（中灰和藍(lán)灰），也有各種彩色的； 2） 偏光度， 目前，最好的偏光度可達(dá)99％以上， 3） 透光率和透射光譜 透光率一般略低于50％， 要求在整個(gè)可見(jiàn)光范圍內(nèi)透光率是均勻的，才能實(shí)現(xiàn)理想的黑白顯示。 3． 其他材料 1） 取向材料 PI，用于分子排列 2） 環(huán)氧樹(shù)脂粘結(jié)劑，用于邊框封接 3） 紫外固化膠，用于封口 4） 襯墊料，用于維持均勻盒厚 十． 液晶顯示器的主要工藝 1． ITO圖形光刻 涂膠——前烘——曝光——顯影——堅(jiān)膜——刻蝕——去膜 2． 取向排列 清洗——涂PI——予烘——固化——摩擦取向 3． 邊框膠及導(dǎo)電膠絲印――噴粉――對(duì)板――封盒 4． 液晶灌注――封口――貼偏光片 十一．液晶顯示器的連接 1．導(dǎo)電膠條連接 2．金屬插腳連接 3．熱壓膠片連接 4．各向異性導(dǎo)電膠連接方式（TAB） ACF導(dǎo)電膜 5． COG（chip on glass） 十二．背光源 1．LED 2．無(wú)機(jī)EL 3．冷陰極熒光燈（CCFL） 目前，中小尺寸LCD采用EL和LED，高亮度的彩色LCD毫無(wú)例外的采用CCFL。 背光源決定了顯示屏的亮度，TN、STN屏的透過(guò)率為15～20％，彩色屏只有3％，當(dāng)屏的亮度要求為100cd/m2時(shí)，背光源表面亮度要求達(dá)到104cd/m2，背光源的功耗占LCD總功耗的2/3以上，因此開(kāi)發(fā)高效率的背光源是降低液晶顯示器和液晶電視、筆記本電腦功耗的有效途徑。 十三．彩色濾色膜（CF） 彩色濾色膜在整個(gè)彩色LCD器件的成本中，占有很高的比例，如，在彩色TFT模塊中占10％～13％，彩色S TN模塊中占30％以上。 1．對(duì)彩膜的要求 1）R、G、B三基色有高飽和度、高透明度、白色平衡好、各色光譜尖銳； 2）高對(duì)比度； 4） 高平整度，起伏<0.1µm； 5） 高熱穩(wěn)定性、高光學(xué)穩(wěn)定性、高化學(xué)穩(wěn)定性； 2．彩膜制造工藝 彩色TFT－LCD的構(gòu)造如下圖： 彩色濾色片的構(gòu)造如下圖： 彩色濾色膜的制造工藝有四種： 1） 顏料分散法 它是將顏料分散在感光膠中，通過(guò)涂復(fù)、曝光、顯影、燒結(jié)等工序制成。此方法工藝簡(jiǎn)單，光敏性好，是目前用的最多的一種方法。顏料分散法的熱穩(wěn)定性好，化學(xué)穩(wěn)定性好，耐濕、耐磨，但顏料在介質(zhì)中有強(qiáng)烈的凝聚傾向，會(huì)降低CF的壽命。此外，顏料原子團(tuán)的雙折射和散射對(duì)線(xiàn)性偏振光有去偏振效應(yīng)，會(huì)降低對(duì)比度。 2） 染色法 它是將可染色的光敏性聚合物涂在基板上，曝光。顯影、染色而成。其優(yōu)點(diǎn)是對(duì)比度高、清晰度好、色彩艷麗、尺寸準(zhǔn)確，缺點(diǎn)是熱穩(wěn)定性和化學(xué)穩(wěn)定性差、抗老化性能差、制造成本較高。只用于部分TFT－LCD。 3）印刷法 有四種方法，見(jiàn)下圖： 印刷法生產(chǎn)設(shè)備簡(jiǎn)單，成本低廉，但分辨率低，質(zhì)量差。 3） 電鍍法 在基板上先鍍上ITO，再鍍上光刻膠，光刻成圖形，與象素排列方式完全一樣，同種顏色的電極圖形連接在一起，然后去電鍍。電鍍液是色料和樹(shù)脂顆粒所形成的分散體系。分三次鍍上三基色。 電鍍法由于工藝參數(shù)可以精確控制，易獲得相當(dāng)均勻的大尺寸表面，工藝時(shí)間短，對(duì)彩膜顏色易于控制，但它要求ITO有很好的均勻性，且不能制作鑲嵌式或三角形彩膜圖案。 以上四種方法制作的彩膜性能見(jiàn)下表： 3．黑矩陣制作 為防止光泄漏，要在相鄰彩膜縫隙處事先制作黑色矩陣，黑矩陣材料一般采用Cr或碳黑 |
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